MIKROBIEL ØKOLOGI
Landbrugsintensivering reducerer mikrobielle netværks kompleksitet og overfloden af keystone taxa i rødder
Amplicon Sequencing (ITS) i fuld længde |PacBio HIFI
Højdepunkter
AIntensivering af landbruget er blevet mere og mere problematisk på grund af dens negative miljøvirkninger, herunder dårlig udnyttelse af næringsstoffer, eutrofiering af grundvand, forringelse af jordkvaliteten osv. Alternative landbrugssystemer, herunder ingen jordbearbejdning og økologisk landbrug, er blevet bredt vedtaget for at reducere skaderne.Det mikrobielle samfund spiller en uundværlig rolle i produktiviteten og bæredygtigheden af agroøkosystemer.Det er dog ret uklart, hvordan forskellige landbrugssystemer påvirker rodmikrobiota.
Eksperimentelt design
Eksperimenter
Solie- og rodprøver (DNA) var fra hvedemarker fra 60 landbrugsjord (20 hver)
Grouping: 1. Konvention (med jordbearbejdning);2. Konvention (ingen jordbearbejdning);3. Økologisk landbrugsjord
Sequencing-strategi: Amplicon-sekventering i fuld længde (ITS)
Primere: ITS1F-ITS4 (målrettet mod hele ITS-regionen ~630 bp)
Sequencing platform: PacBio RS II
Bioinformatisk analyse
Resultater
ODer blev i gennemsnit identificeret 357 OTU'er pr. lokalitet og i alt 837 OTU'er af alle 60 steder.Alfa-diversiteten af rodsvampesamfund viste ikke signifikant forskel mellem tre landbrugssystemer.Imidlertid blev tre forskellige klynger dannet i beta-diversitetsanalyse, hvilket indikerer en stærk effekt af landbrugssystemet på rodsvampesamfundets struktur.
Figur 1. Alfa-diversitet (Shannon-indeks og samfundssammensætning) og beta-diversitetsanalyse (kanonisk analyse af hovedkoordinater) på rodsvampesamfund
Tda keystone taxa blev defineret baseret på det overordnede netværk af svampesamfund på tværs af tre landbrugssystemer: Top 10 noder med højeste grad, højeste nærhed centralitet og laveste mellemness centralitet blev udvalgt.Syv af dem tilhørte mykorrhiza-ordener.
Figur 2. Overordnet netværk om rodsvampesamfund i tre landbrugssystemer
Fbevæbningssystemspecifikke netværk indikerede en betydeligt højere forbindelse i organiske netværk med to gange flere kanter og flere tilsluttede noder end no-till og konventionelle netværk.Desuden rummede det økologiske landbrugsnetværk meget flere keystone taxa (diamant) sammenlignet med resten, hvilket understøttede dets kompleksitet og tilslutningsmuligheder
Figur 3. Farming system-specifikke rodsvampe netværk
Astærk negativ sammenhæng mellem landbrugsintensitet og rodsvampe netværksforbindelse blev observeret.Tilfældig skovanalyse afslørede hoveddriverne bag keystone taxa: jordfosfor, bulkdensitet, pH og mykorrhizakolonisering.
Figur 4. Landbrugsintensitet og netværksforbindelse på tværs af tre landbrugssystemer (A og B);Tilfældig skovanalyse(C) og sammenhæng mellem landbrugsintensitet og AMF-kolonisering (D)
Teknologi
Amplikon-sekventering i fuld længde
As "Third Generation Sequencing" kommer på scenen, er begrænsningerne i de målrettede områder og problemerne i de novo assembly blevet overvundet.Pacific Bioscience (PacBio) har med succes udvidet læsningen af sekvenser til titusvis af kilobaser, hvilket giver os mulighed for at opnå fuldlængde aflæsninger af 16s rRNA (1.000 bp-1.500 bp) i bakterier eller 18S rRNA (1.500 bp-2.000 bp) og ITS regioner (400 bp-900 bp) i eukaryote.Det udvidede syn på genetiske felt forbedrede i høj grad opløsningen af artsannotering og funktionelle gener.Det længe bekymrede problem med basisnøjagtighed er blevet løst af PacBio CCS-selvkorrektion, som genererer HIFI-læsninger med over 99% læsenøjagtighed.
Ydeevne i OTU-annotering
TMed fordelene ved både lange læsninger og høj kapacitet kan annoteringens nøjagtighed øges dramatisk og opnå en opløsning på "artsniveau" i mikrobiel identifikation.
Reference
Banerjee, Samiran, et al."Landbrugsintensivering reducerer mikrobielle netværks kompleksitet og overfloden af keystone taxa i rødder."ISME Journal (2019).
Teknologi og højdepunkter sigter på at dele den seneste succesfulde anvendelse af forskellige high-throughput sekventeringsteknologier i forskellige forskningsarenaer samt geniale ideer inden for eksperimentelt design og datamining.
Indlægstid: Jan-08-2022